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提高临床准备状态-3D打印机应用案例

提高临床,准备状态

虽然已经出现大量有关使用 3D 打印进行术前规划的报道,但与学生、住院医生和执业医生教育相关的调查工作、试验与研究出版物鲜为人知。与此同时,当然培训形态的局限性加剧了教育和培训医疗保健专业人员掌握新技术和手术的挑战。培训组织常常很难为学生提供足够数量的临床相关实际培训。

传统培训方法和局限性

传统培训工具包括生物塑化模型;虚拟现实模型;批量生产的商业模型;尸体解剖;虚拟现实模拟装置和实际体内手术参与。下方列出了每种工具的局限性,而这些局限性正是使用 3D 打印的动机。3D 打印的静态生物模型和实物模拟装置可能是极其重要的工具,但其优势必须更好地为人所知。 下文为生物塑化模型。

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• 生物塑化尸体模型

- 请参见下方的“人体尸体解剖”

- 结构和组织变形

- 费用

- 硬度,缺少触觉真实感

- 通常缺少病理健康和安全担忧(针对内

部生物塑化实验室)

• 虚拟现实模型

- 缺少触觉、感官反馈

- 认知、感知方面的要求高

- 解剖体变化小

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• 批量生产的商业模型

- 基础,不适用于高级手术

- 假设或模仿的解剖体

- 局限于几个解剖变体

- 缺少病理

- 昂贵且只可使用一次

• 人体尸体解剖

- 样本稀缺

- 变体有限(如婴儿)

- 使用受限,如由于争议或宗教信仰

- 费用

- 健康和安全担忧

- 结构变形、收缩或以其他方式发生变化

- 通常缺少病理 

• 虚拟现实模拟体

- 昂贵

- 无法携带

- 解剖体过于粗糙

- 不真实的触觉反馈

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实践经验(体内培训)

• 可用性受限,原因如下:

- 物流

- 患者风险(并发症)

- 工作时间限制

- 效率压力(最大限度缩短手术时间)

• 罕见手术稀缺

• 分步培训(每节课掌握一个步骤)

• 所需的课程数量(针对复杂手术)


如何才能改变这种情况?

需要替代性医疗培训工具,作为目前使用的这些工具的辅助。开发新培训资源的主要推动因素包括传统培训方法的局限性、手术的复杂性、新手术的出现、由于年龄和病理而造成的人体解剖体的变化。 工作环境的变化进一步加剧了这些挑战,而医学知识的扩充导致工作环境更加复杂,迫使受训者要在更短时间内学习更多知识。由于工作时间减少、经济压力和患者风险最小化等各种因素,在安全环境中培养和评估学生与住院医生技能的机会变得稀少。另一个值得注意的挑战是适用于罕见手术、疾病和病理的教育工具或样本稀缺。 虽然论文的重点在于医科学生和住院医生,但经验丰富的执业医生通常也需要替代的培训工具。练习全新或高级手术时,可以使用这些工具 — 而非依赖于过往经验,第一次在真实患者身上应用 — 以巩固操作罕见手术的技能,或在患者特定的解剖体上练习。

所有已查阅的论文评估了使用 3D 打印解剖模型作为临床教育和模拟替代培训工具的可行性。基于模拟几乎任何几何形状的能力,以及在某些情况下,基于不同的组织和解剖体特性,研究人员假设这些解剖模型将带来新的临床培训形态。

3D 打印研究和试验Stratasys 与独立第三方合作,对引用 3D 打印使用的近期医疗文献进行研究。然后筛选找到的科学论文,挑选出与教育和培训相关的论文。这些论文提到,通过 3D 打印技术,可生产适用于两种用途的解剖复制品。第一种是研究和可视化用途(静态生物模型),另一种是模拟医疗手术用途(实物模拟体)。

该研究查阅了 31 份科学论文,这些论文提到,通过 3D 打印制作的解剖模型被用作传统医疗教育工具的辅助或替代选择。27 份论文提出了有关使用 3D 打印制作静态生物模型和实物模拟体的发现。其他论文(Rehder 等人1、Drake 等人2、Chandrasekhara3 和 Balestrini 等人4)提供了对其他 3D 打印研究的阐释,或提出了自己对当前和未来教育工具的看法。论文呈现了丰富的经验,包括小规模研究(未来或试点)以及第三方对采用 3D 打印的实物模型的评估。其中 7 份论文研究了 3D 打印静态生物模型的效能,20 份论文针对使用 3D 打印模拟装置的实物模拟体进行了相同的研究(表 1)。几乎所有研究结果均为定性结果。对于静态生物模型,3D 打印的培训工具与 2D 射线成像(计算机断层扫描 [CT])、3D 数字模型、生物塑化模型和尸体样本进行了比较。对于实物模拟体,则是与尸体解剖结构、虚拟现实模拟体和手术操作过程中的体内培训进行比较。

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从实际情况来看,有效的使用3D打印设备对于医疗研究等行业有着十分突出的效用,在肿瘤学、体内植入物、泌尿、耳鼻喉、胃肠、心脏等数十个学科中,3D打印技术已然积累了多年的应用经验和案例,针对这些案例和后续的研究资料,笔者在后期也会一一整理起来,包括对于那20篇医学论文的研究,我们也会挑出几个比较有代表性的东西给大家阐述清楚,希望这篇文章可以帮助相关从业人员更好的了解3D打印这门新技术。

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